Mit der Einführung von Ethernet in Automatisierungsanwendungen ist nun eine vertikale Kommunikation von der Steuerungsebene bis zur Feldebene möglich. Trotz der Flexibilität, die Ethernet-Verkabelung bietet, müssen Steckverbinder und Kabel vielfältige Anforderungen erfüllen. Während die Umgebungsbedingungen in der Steuerungsebene oft denen in einem Büro ähneln, ist der Produktionsbereich typischerweise anspruchsvollen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Feuchtigkeit, hohe Temperaturschwankungen, Vibrationen und Stöße gehören zum Alltag in industriellen Umgebungen.
Daher reicht es nicht aus, bei der Beurteilung der Eignung von Kabelkomponenten für industrielle Anwendungen lediglich zwischen Schutzarten wie IP67 und IP20 zu unterscheiden. Aspekte wie die Robustheit des Steckergehäuses, Zugentlastung, Klemmschutz gegen seitliche Kräfte, Ölbeständigkeit und EMV-Schutz müssen berücksichtigt werden. Darüber hinaus müssen die im Feld eingesetzten Datensteckverbinder auch unter extremsten Bedingungen eine einfache und sichere Verbindung ermöglichen.
Der in IEC 60603-7 [1] spezifizierte 8-polige RJ45-Stecker ist Standard für Ethernet-Verkabelung und in den Ausführungen Cat. 5 und Cat. 6 gemäß ISO/IEC 11801:2002 [2] erhältlich. Phoenix Contact bietet in diesem Bereich ein umfassendes Produktsortiment mit Schutzarten IP20 für die Verkabelung in Schaltschränken und IP67 für robuste Feldverkabelung. Das Sortiment umfasst Steckverbinder mit Schnellanschlusstechnik, vorkonfektionierte Kabel, Patchpanels und Anschlussdosen.
Kabeltypen für Ethernet und Profinet:
In der industriellen Ethernet-Verkabelung werden symmetrische Kupferkabel verwendet. Am gebräuchlichsten sind verdrillte Adernpaare mit 2 oder 4 Adernpaaren, die mindestens die Anforderungen der Kategorie 5 gemäß ISO/IEC 11801:2002 erfüllen. Diese Kabel sind mit einem Geflechtschirm und einer schützenden Aluminiumfolie ausgestattet (SF/UTP-Kabel). Bei Kabeln der Kategorie 6 verfügen die Adernpaare zusätzlich über eine Aluminiumfolienschirmung (SF/FTP-Kabel). In der 4-paarigen Ausführung können beide Kabeltypen auch für Gigabit-Ethernet verwendet werden. Für die Profinet-Verkabelung sind 4-adrige Sternkabel mit einem Leiterquerschnitt von 22 AWG spezifiziert, die ebenfalls die Anforderungen der Kategorie 5 erfüllen.
Kabelstrukturen für Ethernet und Profinet.
für
Phoenix Contact hat innerhalb der Profinet User Organization (PNO) die Spezifikation eines neuen RJ45-Steckers mit Schutzart IP67 und Push-Pull-Verriegelungssystem für Profinet-basierte Ethernet-Netzwerke vorangetrieben [3]. Der in Metall- oder Kunststoffausführung erhältliche Stecker wird von Organisationen wie der AIDA (Automatisierungsinitiative der deutschen Automobilhersteller) für die Profinet-Verkabelung in ihren Produktionssystemen empfohlen.
IP67-Ethernet-Verkabelung der M12-Stecker verwendet werden. Der M12-Stecker mit D-Kodierung ist bereits in seiner 4-poligen Ausführung gemäß IEC 61076-2-101-am1 (Korrektur 1) für Industrial Ethernet definiert [4]. Neben dem Push-Pull-RJ45-Stecker hat die PNO auch die M12-Version für die Profinet-Verkabelung spezifiziert. Der M12-Stecker, der sich bereits im Bereich der Sensor-/Aktor- und Feldbusverkabelung bewährt hat, zeichnet sich neben der Schutzart IP67 durch seine kompakten Abmessungen und seine hohe Vibrationsfestigkeit aus. Allerdings eignen sich nicht alle Versionen für den Einsatz in Ethernet-Netzwerken, wo die Übertragungseigenschaften mindestens der Kategorie Cat. 5 gemäß ISO/IEC 11801:2002 entsprechen müssen. Die
M12-Komponenten von Phoenix Contact für Industrial Ethernet wurden speziell für diese Anforderungen entwickelt und bieten daher ein hohes Maß an Zuverlässigkeit für die Anwendung.
8-poliger Stecker für Gigabit-Ethernet.
Für den Fast-Ethernet-Standard 100BaseT, der eine Übertragungsgeschwindigkeit von 100 Mbit/s unterstützt, wird ein Adernpaar zum Senden und eines zum Empfangen verwendet. Hierfür reichen 4-polige Stecker aus. Werden höhere Übertragungsgeschwindigkeiten benötigt, sind 8-polige Stecker erforderlich, beispielsweise solche, die Gigabit-Ethernet (1000Base-T) mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 1000 Mbit/s unterstützen. Die Übertragungsgeschwindigkeiten der Kategorie 5 gemäß ISO/IEC 11801:2002 erfüllen ebenfalls die Anforderungen von Gigabit-Ethernet. Die 8-polige M12-Verkabelung für diese Ethernet-Verbindung ist A-kodiert, was bei der Verdrahtung von Sensoren und Aktoren üblich ist.
Für M12-basierte Ethernet-Verkabelung bietet Phoenix Contact geschirmte 4- und 8-polige Komponenten gemäß Kategorie 5 an: Steckverbinder, vorkonfektionierte Kabel, Schaltschrankdurchführungen und Leiterplattensteckverbinder. Dank der Quickon-Schnellanschlusstechnologie lässt sich der Stecker auch unter härtesten Industriebedingungen ohne Spezialwerkzeug montieren. Vorkonfektionierte Kabel und Kabelverschraubungen mit M12-, RJ45- und Kombinationssteckern ermöglichen die Nutzung beider Schnittstellen in einem Netzwerk.
Abbildung 3. Eine schnelle Vor-Ort-Verbindung über die Quickon-Schnellverbindung.
Quickon Schnellverbindung:
Die Quickon M12- und RJ45-Steckverbinder von Phoenix Contact sind mit derselben Schnellverbindungstechnologie ausgestattet und können daher problemlos parallel in derselben Installation verwendet werden. Beide Steckverbinder der Quickon-Reihe erfüllen die Anforderungen der Kategorie 5 gemäß ISO/IEC 11801:2002, sind geschirmt und in 8- und 4-poligen Ausführungen erhältlich. Sie ermöglichen die Verdrahtung von AWG 26 und 22 für massive und flexible Leiter und eignen sich somit für alle industriellen Ethernet-Übertragungen, in Ethernet-basierten Feldbussystemen wie Profinet und Ethernet/IP sowie in Gigabit-Ethernet-Netzwerken.
Die Leiter werden durch die Eingangskanäle des Gehäuses geführt und die Leiterenden bündig abgeschnitten. Beim Schließen des Gehäuses werden sie auf die Kontaktstifte gepresst und stellen so die Verbindung her.
Referenzen
[1] IEC 60603-7:1996-11 Steckverbinder für Frequenzen unter 3 MHz zur Verwendung mit Leiterplatten – Teil 7: Ausführliche Spezifikation für 8-polige Steckverbinder, einschließlich freier und fester Steckverbinder mit gemeinsamen Verbindungseigenschaften, mit Qualitätsbewertung. Genf/Schweiz: Hauptsitz der Internationalen Elektrotechnischen Kommission.
[2] ISO/IEC 11801:2002-09 Informationstechnik – Allgemeine Verkabelung für Kundeninstallationen. Genf/Schweiz: Hauptsitz der Internationalen Elektrotechnischen Kommission.
[3] www.phoenixcontact.de/industriestecker/216_6500
[4] IEC 61076-2-101-am1:2006-02 Korrektur 1 – Steckverbinder für elektronische Geräte – Teil 2-101: Rundsteckverbinder – Ausführliche Spezifikation für M8-Rundsteckverbinder mit Schraub- oder Schnappverbindung, M12-Rundsteckverbinder mit Schraubverbindung für Niederspannungsanwendungen. Genf/Schweiz: Hauptsitz der Internationalen Elektrotechnischen Kommission.
Autor:
Eva Andueza, Produktmanagerin bei Phoenix Contact, SA
